殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、釋放與測量

殘余應(yīng)力的產(chǎn)生、釋放與測量殘余應(yīng)力的產(chǎn)生產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因歸結(jié)為三類：一是不均勻的塑性變形;二是不均勻的溫度變化；三是不均勻的相變。根據(jù)產(chǎn)生殘余應(yīng)力機理的不同，可將其分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，車軸熱處理后的殘余應(yīng)力是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的綜合作用結(jié)果。由于構(gòu)件內(nèi)、外部溫度不均，引起材料的收縮與膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為“熱應(yīng)力”。熱應(yīng)力是由于快速冷卻時工件截面溫差造成的，淬火冷卻速度與工件截面尺寸共同決定了熱應(yīng)力的大小。在相同冷卻介質(zhì)的情況下，淬火加熱溫度越高、截面尺寸越大、鋼材熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)越大，均能導(dǎo)致淬火件內(nèi)外溫差增大，熱應(yīng)力越大。而加工過程中，由工件內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變的時刻不同多引起的內(nèi)應(yīng)力成為“組織應(yīng)力”。淬火時，表層材料先于內(nèi)部開始馬氏體的相變，并引起體積膨脹，由于表層的體積膨脹受到未轉(zhuǎn)變的心部的牽制，于是在試樣表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力。隨著冷卻的進行，心部體積膨脹有收到表層的阻礙。隨著心部馬氏體相變的體積效應(yīng)逐漸增大，在某個瞬間組織應(yīng)力狀態(tài)暫時為零后，式樣的組織應(yīng)力發(fā)生反向，最終形成表層為拉應(yīng)力而心部為壓應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài)。組織應(yīng)力大小與鋼的含碳量、淬火件尺寸、在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)的冷卻速度、鋼的導(dǎo)熱性及淬透性、加熱溫度、保溫時間等因素有關(guān)。殘余應(yīng)力的釋放針對工件的具體服役條件，采取一定的工藝措施，消除或降低對其使用性能不利的殘余拉應(yīng)力，有時還可以引入有益的殘余壓應(yīng)力分布，這就是殘余應(yīng)力的調(diào)整問題。通常調(diào)整殘余應(yīng)力的方法有：①自然時效把工件置于室外，經(jīng)氣候、溫度的反復(fù)變化，在反復(fù)溫度應(yīng)力作用下，使殘余應(yīng)力松弛、尺寸精度獲得穩(wěn)定。一般認為，經(jīng)過一年自然時效的工件，殘余應(yīng)力僅下降2%～10%，但工件的松弛剛度得到了較大地提高，因而工件的尺寸穩(wěn)定性很好。但由于時效時間過長，一般不采用。②熱時效熱時效是傳統(tǒng)的時效方法，利用熱處理中的退火技術(shù)，將工件加熱到500～650℃進行較長時間的保溫后再緩慢冷卻至室溫。在熱作用下通過原子擴散及塑性變形使內(nèi)應(yīng)力消除。從理論上講采用熱時效，只要退火溫度和時間適宜，應(yīng)力可以完全消除。但在實際生產(chǎn)中通?？梢韵龤堄鄳?yīng)力的70～80%，但是它有工件材料表面氧化、硬度及機械性能下降等缺陷。③振動時效振動時效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下產(chǎn)生共振，松弛殘余應(yīng)力，獲得尺寸精度穩(wěn)定性。也就是在機械的作用下，使構(gòu)件產(chǎn)生局部的塑性變形，從而使殘余應(yīng)力得到釋放，以達到降低和調(diào)整殘余應(yīng)力的目的。其特點是處理時間短、適用范圍廣、能源消耗少、設(shè)備投資小，操作簡便，因此振動時效在70年代從發(fā)達國家引進后圖1盲孔法殘余應(yīng)力測量原理圖(1)式（1）中：ε1、ε2、ε3—三個方向釋放應(yīng)變；σ1、σ2—最大、最小主應(yīng)力；θ—σ1與1號片參考軸的夾角；E—材料彈性模量；A、B—兩個釋放系數(shù)。其中A、B系數(shù)與鉆孔的孔徑、應(yīng)變花尺寸、孔深有關(guān)。盲孔法測殘余應(yīng)力的誤差主要有以下幾個因素：1、應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量。應(yīng)變片粘貼不好會引起數(shù)據(jù)漂移和精度下降。2、鉆孔裝置安裝時的對中偏心引起的誤差。鉆孔前必須用專用對中顯微鏡調(diào)整中心位置。3、鉆孔時產(chǎn)生的附加應(yīng)變。它可以用兩次鉆孔并改變鉆速的方法減小附加應(yīng)變。4、釋放系數(shù)A、B值的誤差。（A、B值的確定？）HT21B型便攜式數(shù)字殘余應(yīng)力檢測儀主要用于盲孔法進行各種材料和結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分析和研究，還能在靜力強度研究中測量結(jié)構(gòu)及材料任一點變形的應(yīng)力分析儀器。如果配用相應(yīng)的傳感器，也可以測量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。粘貼應(yīng)變片（1）將試件或彈性體表面貼片部位用細砂紙打磨去除氧化層，打磨方向應(yīng)與應(yīng)變片絲柵方向成45°左右。（如何確定45°方向？）（2）用脫脂棉棒蘸丙酮或無水乙醇將貼片部位擦洗干凈，將應(yīng)變片粘貼面擦洗干凈。（3）確定好45°方向（45°？），用502膠水滴在應(yīng)變片粘帖面，用手指放在指定部位。貼片時應(yīng)在應(yīng)變